OPC UA — Gestructureerde gegevens tot in de cloud

OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) is een industrieel communicatieprotocol en -raamwerk voor OT-, IT- en cloudintegratie van apparaten en machines in de industriële omgeving.

De belangrijkste kenmerken van OPC UA zijn onder andere:

• Onafhankelijkheid van het platform
• Veilige gegevensuitwisseling
• Schaalbaarheid van geïntegreerde apparaten tot bedrijfssystemen
• Uniforme informatiemodellen voor verschillende industriële domeinen

OPC UA wordt veel gebruikt in industriële automatisering, productie, energie en andere sectoren om interoperabiliteit en integratie tussen diverse systemen en componenten mogelijk te maken.

OPC UA heeft verschillende evoluties ondergaan en de specificatie is stap voor stap gegroeid:

• OPC UA Client/Server definieert een aanvraag-/antwoordbenadering die verschillende toepassingen heeft, waaronder het lezen/schrijven van tags, aanroepmethoden en het verzenden van evenementen/alarmen
• OPC UA PubSub (deel 14) definieert een nieuwe aanpak met een Publish and Subscribe-architectuur, die één-op-veel-communicatie (Multi-cast) en cloudconnectiviteit via MQTT mogelijk maakt
• OPC UA Safety (deel 15) definieert een leveranciersonafhankelijke manier om veiligheidsgerelateerde machinegegevens uit te wisselen via client/server of PubSub

Samengevat: de OPC UA-client initieert de communicatie en vraagt om gegevens of diensten, terwijl de OPC UA-server op de verzoeken van de klant reageert en de nodige informatie of functionaliteit levert.

OPC UA-klant:

• De client kan een softwaretoepassing zijn die draait op een computer, een mens-machine-interface (HMI), een systeem voor toezicht en gegevensverzameling (SCADA), of elk ander apparaat of systeem dat toegang moet hebben tot gegevens van de OPC UA-server.

OPC UA-server:

• De server is doorgaans een apparaat, controller of softwaretoepassing dat eigenaar is van de gegevens of functionaliteit waartoe de klanten toegang willen hebben.
• De server stelt zijn gegevens en diensten beschikbaar via een gestandaardiseerde OPC UA-interface, zodat klanten de beschikbare informatie kunnen lezen, schrijven en zich daarop kunnen abonneren.
• De server is verantwoordelijk voor het beheer van clientverbindingen, voor de beveiliging en voor het waarborgen van de integriteit en beschikbaarheid van de gegevens die hij verstrekt.

Hieronder vindt u enkele voorbeelden uit het productportfolio van Siemens:

• Siemens SIMATIC-controllers (S7-1200, S7-1500) kunnen fungeren als OPC UA-server of -client en bieden toegang tot hun procesgegevens en diagnostiek.
• Siemens SIMATIC HMI-apparaten (bijv. Unified Comfort Panels, Mobile Panels) kunnen worden geconfigureerd als OPC UA-servers of -clients.
• Siemens SINAMICS-aandrijvingen en SIMOTION-bewegingscontrollers kunnen ook worden ingesteld als OPC UA-servers.
• Siemens SCADA-systemen, zoals SIMATIC WinCC of OA, bieden OPC UA-server- of clientfunctionaliteit.
• Technische software van Siemens, zoals TIA Portal, kan de mogelijkheden van de OPC UA-client gebruiken om gegevens van verschillende OPC UA-servers te integreren.
• De gratis Siemens OPC UA Modeling Editor (SiOMe) tool helpt u om uw eigen OPC UA-informatiemodellen te maken of bestaande bijbehorende specificaties in kaart te brengen.

Daarnaast biedt Siemens specifieke OPC UA-producten, zoals de SIMATIC NET OPC UA Server, die een stand-alone OPC UA-serveroplossing biedt voor de integratie van oudere apparaten en systemen in moderne OPC UA-architecturen.

OPC UA FX is een gespecialiseerd communicatieprofiel binnen het OPC UA-raamwerk (Open Platform Communications Unified Architecture), specifiek ontworpen om tegemoet te komen aan de complexe communicatievereisten van en automatiseringscomponenten in moderne industriële besturingssystemen.

Belangrijkste ontwikkelingen:

• De conceptualisatie begon in 2018
• De officiële OPC UA FX Controller-to-Controller (C2C) -standaard werd officieel uitgebracht in 2022

Technische architectuur:

De OPC UA FX Controller-to-Controller (C2C) Standard integreert meerdere geavanceerde OPC UA-technologieën om naadloze interconnectiviteit tussen automatiseringscontrollers (PLC's) mogelijk te maken.

• De server/client-functionaliteit biedt een informatiemodel om gegevens te structureren, evenals een interface voor engineering en configuratie.
• PubSub-communicatie maakt efficiënte, realtime communicatie mogelijk tussen meerdere partners (één-op-veel-communicatie) via UDP
• Offline bestandsformaat gespecificeerd voor leveranciersonafhankelijke integratie in technische software

Kerndoelstellingen:

• De communicatieprotocollen tussen industriële controllers standaardiseren
• Verbeter de interoperabiliteit tussen verschillende automatiseringsplatforms
• Verbeter de efficiëntie en betrouwbaarheid van gegevensuitwisseling in complexe industriële netwerken

Mogelijke toepassingen:

• Automatisering van de productie
• Process control systems
• Industriële IoT-implementaties (Internet of Things)
• Communicatie van machine tot machine in slimme fabrieken

Over het algemeen kan de huidige toestand van OPC UA FX worden gekarakteriseerd als een werk in uitvoering. Hoewel de specificatie volwassen is en de sector actief betrokken is, bevindt de wijdverbreide acceptatie en implementatie van producten met OPC UA FX zich nog in de beginfase.

Ontwikkeling van specificaties:

• De standaardisatie voor communicatie tussen controller en controller (C2C) is voltooid
• De laatste versie van de OPC UA FX-specificatie is 1.00.02, die werd uitgebracht in 2024.
• De OPC UA FX-specificatie wordt actief ontwikkeld en verfijnd door de OPC Foundation, de organisatie die verantwoordelijk is voor de OPC UA-normen.

Adoptie en implementatie:

• De invoering en implementatie van OPC UA FX door leveranciers van automatisering bevindt zich nog in een vroeg stadium.
• Hoewel enkele grote automatiseringsbedrijven, zoals Siemens, hun steun hebben uitgesproken voor OPC UA FX, is de beschikbaarheid van producten met OPC UA FX momenteel beperkt.

Acceptatie en bewustzijn in de sector:

• Het bewustzijn en het begrip van OPC UA FX binnen de industriële automatiseringsgemeenschap neemt geleidelijk toe.
• De wijdverbreide acceptatie en acceptatie van OPC UA FX is echter nog steeds gaande, nu de sector overgaat van eigen communicatieprotocollen naar OPC UA-oplossingen die onafhankelijk zijn van leveranciers.

Ecosysteemontwikkeling:

• De OPC Foundation en haar aangesloten bedrijven werken actief aan de opbouw van een ecosysteem rond OPC UA FX.
• Dit omvat de ontwikkeling van hulpmiddelen, richtlijnen en bronnen ter ondersteuning van de implementatie en integratie van OPC UA FX-systemen, evenals een certificeringsprogramma voor FX-producten.

Siemens is een aanhanger van OPC UA en OPC UA FX en was een van de eerste bedrijven van het FLC-initiatief (Field-Level Communication), waarin de OPC UA FX-standaard werd gespecificeerd.

Siemens nam samen met andere leveranciers deel aan een proof-of-concept plugfest om de bruikbaarheid en haalbaarheid van het Controller-to-Controller (C2C) -concept te demonstreren. Inzichten over deze werkgroep/plugfest zijn te vinden hier.

PROFINET blijft de primaire oplossing van Siemens, die in de sector bewezen en robuuste communicatieprestaties biedt voor industriële netwerken, zelfs voor iOS op veldniveau.

Siemens blijft openstaan voor het Controller-to-Device (C2D) -project, dat pas onlangs de conceptfase is ingegaan en meer tijd nodig heeft om gedetailleerd en geverifieerd te worden met werkende prototypes. De implementatie van C2D in Siemens-producten hangt af van de marktontwikkeling en de technologische rijpheid.

TIEN:

TSN staat voor Time Sensitive Networking. Het is een verzameling verschillende standaarden voor de overdracht van gegevens in Ethernet-netwerken. Deze standaarden worden momenteel gedefinieerd door de standaardisatieorganisatie voor communicatie op basis van Ethernet, IEEE 802.1.

TSN bestaat ook uit een reeks individuele standaarden die voornamelijk de datalinklaag (laag 2 van het ISO-OSI-model) van het communicatiesysteem uitbreiden. TSN is dus geen volledig communicatieprotocol, maar eerder een basistechnologie die kan worden gebruikt voor toepassingen op een hoger niveau.

OPC UA FX:

De huidige OPC UA FX-specificatie voor communicatie tussen controller en controller (C2C) is gebaseerd op het User Datagram Protocol (UDP) voor de overdracht van de datapakketten via een netwerk.

Daarom kan OPC UA FX worden gebruikt met de huidige standaard ethernetnetwerkinstallaties om een hoogwaardige gegevensuitwisseling te bereiken.

Met een uitbreiding van TSN op het gebied van fabrieksautomatisering zullen alle OPC UA FX-toepassingen voor C2C echter TSN-hardware kunnen gebruiken en kunnen profiteren van de TSN-mechanismen en voordelen van een TSN-netwerk:

• Quality of Service (QoS), inclusief reservatie van bandbreedte
• Synchronisatie
• Lage latenties
• Naadloze redundantie

OPC UA is DE norm voor industriële interoperabiliteit en biedt vele voordelen voor de industrie, zoals:

• Platformonafhankelijkheid — van geïntegreerde microcontrollers tot infrastructuur in de cloud
• Geïntegreerde beveiliging — versleuteling, authenticatie en monitoring
• Uitgebreide informatiemodellering — definitie van complexe informatie (zoals bijbehorende specificaties zoals PackML)
• Functionele beveiliging — gebaseerd op bewezen PROFIsafe-mechanismen

Ja, want OPC UA heeft zijn sterke punten op het gebied van verticale communicatie en netwerken van machines op besturingsniveau, terwijl PROFINET aan alle vereisten in het veld voldoet. Daarom blijft de strategie bij Siemens hetzelfde:

• Regelniveau en hoger = OPC UA, ook mogelijk met Safety
• Veldniveau = PROFINET